Сдобина А. Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Меркурий кажется на первый взгляд скучным миром, где совершенно ничего не происходит. Над выжженной скалистой пустошью простирается разрежённая дымка атмосферы (её состав: 42% кислорода, 29% натрия, 22% водорода, 6% гелия, 0,5 % калия и 0,5 % других компонентов). Она не в состоянии защитить планету от ударов непрошеных гостей, поэтому здесь множество кратеров самого разного возраста и размера. Над безмолвными просторами в некоторых районах возвышаются невысокие горы. Повсюду разбросаны валуны и мелкие камни. Тени перемещаются по своему маршруту, то уступая место яркому солнечному свету, то скрывая причудливый рельеф. И так изо дня в день. Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

СЕКРЕТ РОЖДЕНИЯ

Несмотря на то, что Меркурий расположен не так далеко от Земли, изучать эту планету крайне трудно. Не всегда можно найти её на небе, часто этому мешает Солнце. А когда Меркурий всё же появляется на небосводе, то из-за близости к нашему светилу виден либо незадолго до рассвета, либо спустя некоторое время после заката, поэтому его нелегко заметить на весьма светлом небе.

Меркурий — самая маленькая планета Солнечной системы. Его средний диаметр составляет 4880 км. По своим габаритам он даже уступает спутнику Юпитера Ганимеду (средний диаметр 5268 км) и спутнику Сатурна Титану (средний диаметр 5152 км). Однако, несмотря на свои скромные размеры, он достаточно плотный, поскольку имеет такую же поверхностную гравитацию, как и Марс, средний диаметр которого 6779 км. И хотя Меркурий по сравнению с другими планетами выглядит крошечным, он намного массивнее Ганимеда и Титана. Его масса составляет 3,3х10²³ кг, а масса Ганимеда и Титана 1,48x1023 кг и 1,35x1023 кг соответственно, то есть Меркурий тяжелее обоих крупнейших спутников в Солнечной системе вместе взятых. Эти факты указывают на его своеобразное строение. Предполагается, что первая от Солнца планета имеет твёрдую силикатную кору толщиной от 15 до 37 км и мантию толщиной 600 км, покрывающую твёрдый внешний слой ядра, состоящего из сульфида железа, более глубокий слой жидкого ядра и твёрдое внутреннее ядро. В общем, ядро Меркурия занимает около 3/4 его диаметра — это около 3600 км, что примерно равно среднему диаметру Луны — 3474 км. Почему же у Меркурия такое большое ядро?

Есть несколько гипотез. По одной из них, Меркурий не особо отличался от других каменистых тел Солнечной системы, а его масса была в 2,25 раза больше нынешней. Однако около 4 млрд лет назад он столкнулся с массивным телом (примерно в шесть раз легче его самого) диаметром в несколько тысяч километров. Это столкновение лишило Меркурий коры и верхних слоёв мантии и сместило его на орбиту, где мы наблюдаем его сейчас. Орбита получилась самой вытянутой из всех орбит планет Солнечной системы, да ещё наклонённой к плоскости эклиптики на 7 градусов. В перигелии Меркурий более чем в полтора раза ближе к Солнцу, чем в афелии, соответственно в 45,9 млн км и 69,7 млн км от него.

Относительно недавно появилась другая гипотеза, согласно которой удара и испарения коры и мантии не было — просто Меркурий сформировался в той части протопланетного диска, откуда лёгкие элементы были выметены давлением солнечного излучения и солнечным ветром. Гипотеза основана на данных космического аппарата «Мессенджер» (о нём речь впереди), который обнаружил, что на поверхности больше калия и серы, чем ожидалось. Если бы был удар, эти элементы испарились.

Ранее существовала гипотеза о том, что Меркурий миллиарды лет назад был спутником Венеры. Разлучником космической пары стало крупное небесное тело, столкнувшееся с Меркурием. В результате, как и в первой гипотезе, кора и верхние слои мантии были сорваны, а сам Меркурий оказался на более близкой к Солнцу орбите. Этим событием можно было бы объяснить и суровый венерианский климат. Осколки, образовавшиеся после столкновения, обрушились на поверхность Венеры, мощные удары вызвали нагрев её недр, вследствие чего значительно увеличилась вулканическая активность, и атмосфера была отравлена ядовитыми соединениями, а рельеф навсегда был изменён потоками лавы. Однако сейчас многие астрономы с этой гипотезой не согласны. Одним из весомых аргументов в защиту их точки зрения стало следующее событие. В 2019 году планетологи из Института космических исследований им. Годдарда NASA провели моделирование геологической истории Венеры, и получилось, что климатическая катастрофа на Венере произошла 700 млн лет назад. Но это не стыкуется с историей Меркурия, следовательно, быть спутником Венеры он никак не мог. И вообще, для спутника Венеры Меркурий великоват.

ИССЛЕДОВАНИЯ ОБОЖЖЁННОЙ ПЛАНЕТЫ

Близкое соседство с нашим центральным светилом затрудняет изучение Меркурия не только с помощью телескопов, но и с помощью автоматических межпланетных станций, хотя, казалось бы, лететь до него довольно близко. Однако попасть на орбиту Меркурия очень сложно. Дело в том, что космический аппарат, стартующий с Земли, приобретает её орбитальную скорость (около 30 км/с), поэтому для движения к Солнцу эту огромную скорость сначала необходимо погасить. А когда зонд приблизится к Меркурию, он снова наберёт большую скорость, которую надо будет согласовать со скоростью Меркурия, чтобы вывести аппарат на орбиту этой планеты. Без этого первый от Солнца захватить зонд не сможет из-за своей малой массы. А ведь в Меркурий надо ещё «попасть», поскольку он быстро движется по вытянутой орбите. В перигелии его скорость 56,6 км/с, а в афелии — 38,7 км/с. Если все изменения скорости производить двигателем, то потребуется слишком много топлива. Для этой цели используют сложные гравитационные манёвры в гравитационном поле Венеры, а для полёта к Венере — в гравитационном поле Земли. Так что запустить аппарат на задворки Солнечной системы, например, к Плутону и его соседям в Поясе Койпера, даже проще.

Первой посетила Меркурий межпланетная космическая станция NASA «Маринер-10» в 1974—1975 годах. Для регулировки своей орбитальной скорости, чтобы приблизиться к Меркурию, станция использовала гравитацию Венеры. Это был первый космический аппарат, применивший гравитационный эффект «рогатки», и первая миссия NASA, посетившая несколько планет. «Маринер-10» показал на своих снимках ранее никому не известный мир Меркурия. Космический аппарат совершил три сближения с планетой и обнаружил у неё крайне слабое магнитное поле. Миссия «Маринер-10» была завершена, когда у станции закончилось топливо, и, возможно, этот рукотворный объект до сих пор вращается вокруг Солнца, проходя вблизи Меркурия каждые несколько месяцев.

3 августа 2004 года к Меркурию отправился следующий космический аппарат NASA «Мессенджер». Чтобы оказаться на орбите Меркурия, ему предстояло пройти долгий путь. Аппарат совершил облёт Земли в августе 2005 года и Венеры в октябре 2006 и июне 2007 года с целью выйти на правильную траекторию к орбите вокруг Меркурия. Первый облёт Меркурия произошёл 14 января 2008 года, второй — 6 октября 2008-го и третий — 29 сентября 2009 года. Зонд успешно вышел на эллиптическую орбиту вокруг планеты 18 марта 2011 года. Первое орбитальное изображение Меркурия было получено 29 марта 2011 года.

Зонд обнаружил, в частности, углеродсодержащие органические соединения и водяной лёд внутри постоянно затенённых кратеров вблизи северного полюса Меркурия, а также большое количество воды в экзосфере, что стало неожиданным открытием. Помимо этого зонд получил характеристики магнитного поля, доказательства прошлой вулканической активности на поверхности планеты, а также свидетельства существования её ядра из жидкого железа. За время работы аппарата было сделано более 277 тысяч снимков и построены самые подробные и точные карты Меркурия на сегодняшний день. Когда запасы топлива были на исходе, станцию направили на жёсткую посадку, и 30 апреля 2015 года «Мессенджер» разбился о поверхность исследуемой им планеты.

Следующим исследователем Меркурия стал «БепиКоломбо», запущенный 20 октября 2018 года*. Этот космический аппарат разработан совместно Европейским космическим агентством ESA и японским аэрокосмическим агентством JAXA. На его борту — научное оборудование из разных стран, в том числе и российское.

1 октября 2021 года «БепиКоломбо» совершил первый пролёт Меркурия, пройдя на расстоянии всего 199 км от его поверхности, а 19 июня 2023 года состоялся уже третий пролёт планеты. До выхода на орбиту Меркурия в 2025 году намечено ещё три пролёта, после чего «БепиКоломбо» займёт рабочую орбиту вблизи этой планеты и начнёт исследования.

ПРОГУЛИВАЯСЬ ПО ОПАЛЁННОЙ ПУСТОШИ

Своим пепельно-серебристым оттенком, обилием кратеров, наличием гор, трещин, борозд и других образований Меркурий напоминает Луну, особенно, если рассматривать его фотографии и изображения обратной стороны нашей спутницы. На поверхности Меркурия не встречаются «моря» — это главное внешнее отличие между данными небесными телами.

Меркурий вращается вокруг своей оси медленно: за 58,65 земных дня он делает всего один оборот, а его год длится 88 земных дней. Так что Меркурий имеет уникальный спин- орбитальный резонанс 3:2 — так называют ситуацию, когда орбитальный период обращения (год) и период вращения вокруг своей оси соотносятся как небольшие натуральные числа. В данном случае за два меркурианских года планета совершает три оборота вокруг своей оси. Из-за этого солнечные сутки на Меркурии длятся два его года, примерно 176 земных суток. Представляете, если бы мы жили на Меркурии, день у нас продолжался бы целый местный год! За один свой год Меркурий успевает повернуться вокруг оси на пол-оборота относительно Солнца. А это приводит к тому, что, если в момент прохождения планетой перигелия какая-та область поверхности обращена точно к Солнцу, то при следующем прохождении перигелия к Солнцу будет обращена в точности противоположная область поверхности, а затем ситуация повторится. Эти два региона будут самыми прогреваемыми на Меркурии, за что получили название «горячие долготы».

В таком самом горячем месте лежит Равнина Жары. Температура здесь может достигать +427°С. Сама равнина представляет собой огромный ударный кратер диаметром 1550 км, что составляет 2% от всей площади планеты. Это одна из самых крупных ударных структур не только на Меркурии, но и вообще в Солнечной системе из всего, что удавалось обнаружить астрономам.

Равнина Жары — древняя структура, образованная около 3,9 млрд лет назад в результате мощного столкновения с астероидом, диаметр которого в поперечнике оценивается в 100 км. Тогда Меркурий был ещё совсем юным: его молодая кора только-только начала затвердевать, и тут сильнейший удар, который разрушил большую часть едва застывшей каменистой породы, и потоки лавы расползлись на огромные расстояния. Со временем лава остыла и образовала до сих пор заметное светлое пятно, которое обрамляет скалистая чаша более тёмного оттенка.

Подлетев поближе, вы увидите, что это было далеко не последнее столкновение, которое пережила древняя равнина. Здесь встречаются и другие более мелкие и молодые картеры диаметром до 100 км. В самом центре равнины находится структура, аналогов которой в Солнечной системе пока ещё не найдено, — это система борозд (длинных и узких впадин) под названием Пантеон. Ширина борозд может варьироваться от 1 до 8 км, а длина достигает сотен километров. В зияющих чернотой впадинах невозможно рассмотреть ничего. Такие борозды могли образоваться в результате растяжения и растрескивания поверхности, спровоцированных поднятием вещества из недр планеты.

Почти в середине этой причудливой паутины находится ударный кратер Аполлодор диаметром 41 км. До принятия официального названия астрономы называли его «Паук» за схожесть с застрявшим в паутине членистоногим. В глубины кратера солнечные лучи практически не заглядывают. Его дно, стены и края обнажают породу, которая плохо отражает свет, поэтому тёмное «брюшко Паука» особенно хорошо видно на более светлой поверхности, изрезанной паутиной борозд.

Есть ли на Меркурии область, где прохладнее? Да, есть! Но чтобы её найти, необходимо подняться к полюсам. Наклон оси первой от Солнца планеты совершенно незначительный и составляет всего 0,03°, поэтому на её полюсах всегда сумрачно. Солнце здесь либо стоит совсем низко над горизонтом, либо и вовсе не появляется на чёрном небе.

Дна полярных кратеров солнечный свет никогда не касался, поэтому, несмотря на близость к звезде, здесь очень и очень холодно: температура может опускаться до -193°С. Именно в этой области были найдены залежи водяного льда, предположительно укрытые внушительным слоем пыли, которая препятствует его переходу из твёрдого состояния в пар. Толщина льдов оценивается всего в несколько метров, но даже само его наличие «под боком» у Солнца не может не удивлять. Эти области — мир невероятных контрастов, где в низинах господствует невыносимый холод, а вершины скал и чаш кратеров, которые находятся под светом нашей родной звезды, могут накаляться до 107°С. Такой температурный разброс сохраняется всё по той же причине — из-за отсутствия у Меркурия плотной атмосферы. Контрасты света и тени, контрасты жары и холода — только в сумрачных районах картина относительно нейтральная.

Любопытно, что в районе южного полюса Меркурия космический аппарат «Мессенджер» сфотографировал три кратера, вместе напоминающих голову Микки-Мауса. Средний диаметр большого, более древнего кратера около 105 км, а два других, похожих на ушки мультяшного мышонка, сформировались в результате последующих столкновений небесных тел с этой областью.

Когда же Меркурий был вулканически активной планетой? Предполагается, что самая «молодая» вулканическая структура находится в районе кратера Рахманинов. Его диаметр составляет 290 км, а возраст оценивается в 1 млрд лет. На первый взгляд может показаться, что перед нами обычный кратер, каких здесь тысячи. Однако он отличается от подобных ему образований тем, что его центральная гладкая область окружена горным кольцом с остроконечными вершинами. Скалы, разрезающие своими массивными плечами черноту небес, имеют тёмный красноватый оттенок, а на их морщинистых спинах можно рассмотреть извилистые следы потоков лавы. Этот район — одно из последних мест, образовавшихся именно в результате вулканической активности. В целом она закончилась 3,8 млрд лет назад, а вот ядро Меркурия пребывает в спящем режиме около 1 млрд лет. Здесь находится самая низкая точка планеты — 5,38 км ниже уровня моря. А где же тогда самая высокая вершина — такая, чтобы захотелось на неё взобраться и крикнуть что-нибудь в эту молчаливую пустоту? Чтобы отыскать её, надо пересечь экватор: она расположена к югу от него в одной из старейших областей на планете и имеет высоту 4,48 км над средним уровнем.

Ещё одна локация, достойная внимания, — самый длинный на Меркурии уступ Энтерпрайз. Гигантская гряда протянулась на 820 км. Она представляет собой древние складки, которые образовались по мере остывания молодого Меркурия: лишившись тепла, недра первого от Солнца сжались, и сама планета потеряла примерно 1% в объёме, но этого хватило, чтобы деформировать литосферу и образовать гигантские откосы. Возраст данного образования почтенный — около 3,5— 3,8 млрд лет.

Пустынна и безмолвна поверхность Меркурия. Только падение метеоритов способно внести изменения в этот мир: появится новый кратер, расколются старые скалы, брызнет россыпь новых камней, а свет близкого Солнца будет настойчиво выгонять тень из-за спин безразличных ко всему валунов. Смогли бы мы здесь прижиться? Это слишком сомнительно: огромные перепады температуры, отсутствие мощного магнитного поля и плотной атмосферы, безводная пустыня — слишком много факторов «против». Даже технике в таких условиях работать крайне трудно. Однако Меркурий, несомненно, интереснейшая глава в истории Солнечной системы, особый раздел, в котором скрыто множество неразгаданных тайн, возможно, даже связанных с зарождением жизни в нашем тихом и спокойном уголке Млечного Пути. Изучая Меркурий, мы могли бы приблизиться к разгадке разных головоломок: зародилась ли жизнь только на Земле или, может быть, она была до нашего появления где- то ещё? Как именно формировались тела в Солнечной системе? Всё ли обстоит так, как мы себе представляем? Первая от Солнца планета ждёт новых исследований и открытий!